無(wú)刷電機(jī)控制原理
電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制就是控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)或者停止,以及轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制部分也叫做電子調(diào)速器,簡(jiǎn)稱電調(diào),英文electronic speed controller(ESC)。電調(diào)對(duì)應(yīng)使用的電機(jī)不同,分無(wú)刷電調(diào)和有刷電調(diào)。有刷電機(jī)的永磁體是固定不動(dòng)的,線圈繞在轉(zhuǎn)子上,通過(guò)一個(gè)電刷跟換相器接觸間斷來(lái)改變磁場(chǎng)方向來(lái)保持轉(zhuǎn)子持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。無(wú)刷電機(jī),顧名思義,這種電機(jī)是沒(méi)有所謂的電刷和換相器的,他的轉(zhuǎn)子是永磁體,而線圈是固定不動(dòng)的,直接接到外部電源,問(wèn)題就來(lái)了,線圈磁場(chǎng)方向怎么改變呢?事實(shí)上,無(wú)刷電機(jī)外部還需要一個(gè)電子調(diào)速器,這個(gè)調(diào)速器說(shuō)白了就是一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng),它隨時(shí)都在改變著固定線圈內(nèi)部電流的方向,保證它跟永磁體之間的作用力是相互排斥,持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)得以延續(xù)。
刷電機(jī)工作可以不需要電調(diào),直接把電供給電機(jī)就能夠工作,但是這樣無(wú)法控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。無(wú)刷電機(jī)工作必須要有電調(diào),否則是不能轉(zhuǎn)動(dòng)的。必須通過(guò)無(wú)刷電調(diào)將直流電轉(zhuǎn)化為三相交流電,輸給無(wú)刷電機(jī)才能轉(zhuǎn)動(dòng)。
最早的電調(diào)可不是像現(xiàn)在的電調(diào)一樣,最早全是有刷電調(diào),說(shuō)道這你可能要問(wèn)了,什么是有刷電調(diào),和現(xiàn)在的無(wú)刷電調(diào)有什么區(qū)別。事實(shí)上這差別呀可大了去了,有刷電調(diào)和無(wú)刷電調(diào)都是根據(jù)電機(jī)來(lái)說(shuō)的,現(xiàn)在電機(jī)的轉(zhuǎn)子,就是能轉(zhuǎn)動(dòng)的部分全是磁鐵塊,線圈是定子不轉(zhuǎn)動(dòng)的,因?yàn)檫@中間沒(méi)有碳刷,這就是無(wú)刷電機(jī)。而有刷電機(jī)呢,顧名思義就是有碳刷,所以就是有刷電機(jī),像我們平常小孩子玩的一二十塊錢(qián)的遙控車(chē)用的電機(jī)就是有刷電機(jī)。電調(diào)就是根據(jù)這兩種電機(jī)而命名的有刷電調(diào)和無(wú)刷電調(diào)。從專業(yè)的角度來(lái)講呢就是有刷電調(diào)就是輸出時(shí)直流電,無(wú)刷電調(diào)輸出是三相交流電。直流電就是我們電池里存儲(chǔ)的電,有正負(fù)極之分,我們家用220V的,用于手機(jī)充電器或者電腦的電源都是交流電。交流電就是帶有一定的頻率,通俗講就是一根線上正負(fù)、正負(fù)的來(lái)回交換著;直流電就是正極是正極,負(fù)極是負(fù)極。交流直流弄清楚了,那么什么又是“三相電”呢?理論講三相交流電是電的一種傳輸形式,簡(jiǎn)稱三相電,是由3個(gè)頻率相同、振幅相等、相位依次互差120度的交流電勢(shì)組成的電源。通俗的講,就是我們家用的三項(xiàng)交流電,除了電壓、頻率、驅(qū)動(dòng)角不同,其他都一樣,現(xiàn)在對(duì)于三相電和直流電都了解了吧。
電調(diào)的輸入是直流,通常由鋰電池來(lái)供電。輸出是三相交流,可以直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)。另外航模無(wú)刷電子調(diào)速器還有三根信號(hào)輸入線,輸入PWM信號(hào),用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。對(duì)于航模,尤其是四軸飛行器,由于其特殊性,需要專門(mén)的航模電調(diào)。
四軸為了能夠快速反應(yīng),以應(yīng)對(duì)姿態(tài)變化引起的飄移,需要高反應(yīng)速度的電調(diào),常規(guī)PPM電調(diào)的更新速度只有50Hz左右,滿足不了這種控制所需要的速度,且PPM電調(diào)MCU內(nèi)置PID穩(wěn)速控制,能對(duì)常規(guī)航模提供順滑的轉(zhuǎn)速變化特性,用在四軸上就不合適了,四軸需要的是快速反應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速變化。用高速專用電調(diào),IIC總線接口傳送控制信號(hào),可達(dá)到每秒幾百上千次的電機(jī)轉(zhuǎn)速變化,在四軸飛行時(shí),姿態(tài)時(shí)刻能夠保持穩(wěn)定。即使受到外力突然沖擊,依舊安然無(wú)恙。